[发明专利]压力传感器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种压力传感器及其制造方法。所述的压力传感器包括：包含有一个压力传感装置的半导体压模，其中所述的压力传感装置暴露在所述的压模的表面上;具有相对的第一端部和第二端部的玻璃元件，其中所述的第一端部与所述的半导体压模适当粘接以使其第一端部环绕着处在半导体压模表面上的压力传感装置;具有焊料可浸润区的金属元件，其中所述的焊料可浸润区靠近所述的第二端部时，该区域将至少覆盖住玻璃第二端的表面;处在所述的第二端部和焊料可浸润区之间的焊接连接物，其中焊料是对所述的焊接连接提供支撑的唯一的手段。

在现有技术中，对上述这类压力传感器的玻璃元件和金属元件之间的连接采用复杂的含金和铬型的连接层，它们不能提供牢固的连接。

本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种在玻璃元件和金属元件间具有足够强度的牢固的连接的压力传感器。

为达到本发明的上述目的，本发明提供了一种压力传感器，包括：包含有一个压力传感装置的半导体压模，其中所述的压力传感装置暴露在所述的压模的表面上;具有相对的第一端部和第二端部的玻璃元件，其中所述的第一端部与所述的半导体压模适当粘接以使其第一端部环绕着处在半导体压模表面上的压力传感装置;具有焊料可浸润区的金属元件，其中所述的焊料可浸润区靠近所述的第二端部时，该区域将至少覆盖住玻璃第二端的表面;处在所述的第二端部和焊料可浸润区之间的焊接连接物，其中焊料是对所述的焊接连接提供支撑的唯一的手段，按照本发明，所述的玻璃元件第二端部的整个表面基本上用一种含钛的焊料可浸润材料涂覆着，并且焊料形成了可在外界压力大于14磅/平方英寸的条件下使用的强度足够的连接。本发明还提供了制造这种压力传感器的方法。

下面参见附图及实施例详细说明本发明，附图中：

图1是一种包含有本发明的焊接连接结构的压力传感器组件的平面图。

图2是图1所示组件沿2-2线的剖面图。

图1所示的是一种采用了本发明的焊接连接的适用的压力传感器组件10。其中，金属元件11的形状大致上呈一圆筒形，该金属元件11具有一个上部凸缘12、一个圆柱形凹槽13和一个位于该元件11底 部表面15中的孔14。

在凹槽13内配置有一个玻璃元件16（它最好是为一玻璃管子）。由图中可见，图示的管子16的侧壁相对较厚，并具有相对的端部17、18。

金属元件11和玻璃元件16之间的焊接连接是在金属元件11的内表面19上形成的。表面19可以是一个焊料可浸润的表面，亦可以仅具有一个焊料可浸润的区域（未示出）;而且，当其表面19与端部18贴近时，这一区域至少应基本上覆盖住玻璃元件16的端部18的表面。同样的，在端部18的表面以及玻璃元件16上靠近端部18的表面（即玻璃元件16的部分外侧壁）处最好也附着上一层焊料可浸润的金属。

对于金属元件11，所适用的焊料可浸润金属可以是金或镍。对于玻璃元件16，一种所适用的焊料可浸润金属是钛、铂和金的混合物。钛可以良好地附着于玻璃上，并可作为其它焊料可浸润金属的基底。

焊料20在表面19和端部18之间形成接合物。正如图2所示，焊料20在表面19和端部18之间形成为一薄层（比如说，厚2-3个密耳），而且其金属化表面处理层的一部分会沿玻璃管16的侧壁上向上“爬伸”一个短距离。

上面所述的这种焊接连接是非常强固的，当温度为40℃-125℃的范围内且作用在焊接部位上的外界压力高达12000磅/每平方英寸（PSI）时，也不会发生破裂。例如，形成有这种焊接连接的、内径为0.040英寸、外径为0.128英寸的硼硅酸玻璃管，便可以在12000磅/每平方英寸（PSI）的压力下使用。而在先技术中，利用套筒实施的玻璃与金属的焊接连接，现已证明其有效强度在1500磅/每平方英寸时都成问题。在低压（比如说14-500磅/每平方英寸）时，使用内径为0.010英寸、外径为0.171英寸的玻璃管就足够了。

在玻璃管16的内部与金属元件11的外部之间还由孔14提供了一个通道。

在组件10中，其硅制压模21含有一个压力传感器22，它的一部分暴露在管子16的内侧。一般说来，其压力传感器22的相对的另一表面暴露在待测压力P之下。若将组件10装配在一壳体（未示出）中而使孔14暴露在参考压力之下时，就形成为一种差压压力传感器;若将孔14密封起来，则组件10就成为了一种绝对压力传感器。

一种对传感器22来说是适用的硅基压力传感器已在美国专利4665754中公开，这一份专利也是本发明所引用的参考文件。在一般情况下，传感器22的压力敏感部分应处于管子16的端部17的环绕之中。